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Os cientistas projectam o nanomaterial bioactive que prima na regeneração de estimulação do osso

Não houve uma bandeira de ouro para como os cirurgiões ortopédicos da espinha promovem o crescimento novo do osso nos pacientes, mas os cientistas da Universidade Northwestern têm projectado agora um nanomaterial bioactive que fosse tão bom na regeneração que de estimulação do osso poderia assentar bem nos cirurgiões do método prefere.

Quando estudado em um modelo animal da fusão espinal, o método para promover o crescimento novo do osso poderia traduzir prontamente aos seres humanos, os pesquisadores dizem, onde um envelhecimento mas a população activa nos E.U. está recebendo cada vez mais esta cirurgia para tratar a dor devido à degeneração do disco, ao traumatismo, e a outros problemas traseiros. Muitos outros procedimentos podiam tirar proveito do nanomaterial, variando do reparo do traumatismo do osso ao tratamento do cancro de osso para desossar o crescimento para implantes dentais.

“A medicina regenerativa pode melhorar a qualidade de vida oferecendo menos invasor e aproximações mais bem sucedidas a promover o crescimento do osso,” disse Samuel I. Stupp, que desenvolveu o nanomaterial novo. “Nosso método é muito flexível e poderia ser adaptado para a regeneração de outros tecidos, de incluir o músculo, de tendões, e de cartilagem.”

Stupp é director do instituto do noroeste de Simpson Querrey para BioNanotechnology e a placa do professor dos depositários da ciência e a engenharia de materiais, a química, a medicina e engenharia biomedicável.

Para o estudo interdisciplinar, Stupp colaborou com o Dr. Wellington K. Hsu, professor adjunto da cirurgia ortopédica, e o Erin L.K. Hsu, professor adjunto da pesquisa da cirurgia ortopédica, ambos na Faculdade de Medicina de Feinberg da Universidade Northwestern. A equipe da marido-e-esposa está trabalhando para melhorar métodos clìnica empregados da regeneração do osso.

As moléculas do açúcar na superfície do nanomaterial fornecem sua potência regenerativa. Os pesquisadores estudaram in vivo o efeito do nanomaterial “coberto de açúcar” na actividade de um factor de crescimento clìnica usado, chamada o osso a proteína morfogenética 2 (BMP-2). Encontraram que a quantidade de proteína necessário para uma fusão espinal bem sucedida estêve reduzida a um nível inaudito: 100 vezes menos de BMP-2 era necessários. Esta é notícia muito boa, porque o factor de crescimento é sabido para causar efeitos secundários perigosos quando usado nas quantidades exigidas regenerar o osso de alta qualidade, e é caro também.

Os resultados foram publicados hoje (19 de junho) na nanotecnologia da natureza do jornal.

O nanomaterial biodegradável de Stupp funciona como uma matriz extracelular artificial, que imite que pilhas no corpo interagem geralmente dentro de seus arredores. BMP-2 activa determinados tipos de células estaminais e sinaliza-as para transformar-se pilhas de osso. A matriz do noroeste, que consiste em filamentos minúsculos do nanoscale, liga a proteína pelo projecto molecular na maneira que os açúcares naturais a ligam em nossos corpos e então libera-a lentamente quando necessário, em vez de dentro uma explosão adiantada, que pode contribuir aos efeitos secundários.

Para criar os nanostructures, a equipa de investigação conduzida por Stupp sintetizou um tipo específico de açúcar que se assemelha pròxima àqueles usados por natureza para activar BMP-2 quando a sinalização da pilha é necessária para o crescimento do osso. As moléculas flexíveis ràpida móveis do açúcar indicadas na superfície dos nanostructures “agarram” a proteína em um ponto específico que seja precisamente mesmo usado em sistemas biológicos quando é hora de distribuir o sinal. Isto potentiates os sinais osso-crescentes a um nível surpreendente que ultrapasse mesmo os polímeros naturais do açúcar em nossos corpos.

Na natureza, os polímeros do açúcar são sabidos como os polisacáridos sulfatados, que têm as estruturas super-complexas impossíveis sintetizar actualmente com técnicas químicas. As centenas de proteínas em sistemas biológicos são sabidas para ter os domínios específicos para ligar estes polímeros do açúcar a fim activar sinais. Tais proteínas incluem aquelas envolvidas no crescimento de vasos sanguíneos, no recrutamento da pilha e na proliferação de pilha, todo o muito importante biològica na regeneração do tecido. Conseqüentemente, a aproximação da equipe de Stupp podia ser estendida a outros alvos regeneratives.

A fusão espinal é um procedimento cirúrgico comum que se junte à vértebra adjacente que usa junto factores do osso de um enxerto e de crescimento para promover o crescimento novo do osso, que estabiliza a espinha. O osso usado no enxerto pode vir da pelve do paciente -- um procedimento invasor -- ou de um banco de osso.

“Há uma necessidade real para um clìnica eficaz, maneira segura e eficaz na redução de custos de formar o osso,” disse Wellington Hsu, um cirurgião da espinha. “O sucesso deste nanomaterial faz-me entusiasmado que cada cirurgião da espinha pode um dia subscrever a este método para o enxerto do osso. Agora, se você vota uma audiência de cirurgiões da espinha, você obterá 15 a 20 respostas diferentes no que se usa para o enxerto do osso. Nós precisamos de estandardizar a escolha e melhorar resultados pacientes.”

In vivo na parcela do estudo, o nanomaterial foi entregado à espinha usando uma esponja do colagénio. Esta é a maneira que os cirurgiões entregam actualmente BMP-2 clìnica para promover o crescimento do osso.

A equipa de investigação do noroeste planeia procurar a aprovação de Food and Drug Administration lançar um ensaio clínico que estuda o nanomaterial para a regeneração do osso nos seres humanos.

“Nós cirurgiões estamos procurando portadores óptimos para factores de crescimento e pilhas,” Wellington Hsu disse. “Com seus locais obrigatórios numerosos, os filamentos longos deste nanomaterial novo são mais bem sucedidos do que portadores existentes em liberar o factor de crescimento quando o corpo está pronto. O sincronismo é crítico para o sucesso na regeneração do osso.”

No nanomaterial novo, os açúcares são indicados em um andaime construído das moléculas demontagem conhecidas como os amphiphiles do peptide, desenvolvidos primeiramente por Stupp 15 anos há. Estas moléculas sintéticas foram essenciais em seu trabalho na medicina regenerativa.

“Nós centramo-nos sobre a regeneração do osso para demonstrar a potência do nanostructure do açúcar fornecer um impulso grande da sinalização,” Stupp disse. “Com mudanças de projecto pequenas, o método podia ser usado com outros factores de crescimento para a regeneração de todos os tipos dos tecidos. Um dia nós podemos poder eliminar inteiramente o uso dos factores de crescimento feitos pela biotecnologia de recombinação e autorizar pelo contrário naturais em nossos corpos.”